## Terakreditasi Sinta 5

## Analisis Pengaruh Kerangka Penyusun Aluminium pada Generator Axial Flux 3 Fasa Double Rotor Stator Tunggal Dengan Kutub U-S Magnet Ferrite
Widyono Hadi 1 , Gamma Aditya Rahardi 2* , dan Istiana Tirsi Suhanto 3 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember 1,2,3
Jl. Kalimantan No. 37 Kampus Tegalboto 68121 Jember, Jawa Timur, Indonesia widyono@unej.ac.id 1 , Gamma.rahardi@unej.ac.id 2* , istianatirsi908@gmail.com 3

## Abstrak
Energi listrik menjadi energi utama yang dibutuhkan masyarakat pada saat ini. Melalui program yang kelistrikan yang dilakukan PLN salah satunya progam yang dibuat melakukan pengembanggan pembangkit dari energi baru terbarukan (EBT) dengan  memanfaatkan  berbagai  sumber  energi  terbarukan. Berkaitan dengan pembangkit, generator merupakan komponen penting  yang  dapat  mengubah  energi  mekanik  menjadi  energi listrik.  Pemilihan  bahan  sebagai  kerangka  penyusun  generator sangat  penting  karena  menentukan  kefektifitasan  saat  mesin beroperasi.  Dampak  dari  pemilihan  bahan  sebagai  kerangka penyusun generator akan berpengaruh pada hasil generator yang dihasilkan. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa bahan akrilik lebih  efektif  untuk  unjuk  kerja  generator  dibandingkan dengan  bahan  aluminium  sebagai  kerangka  penyusun. Nilai keluaran yang dihasilkan seperti frekuensi, tegangan, arus  dan  daya  berbanding  lurus  dengan  kecepatan  putar rotor.  Seperti  pada  keadaan  berbeban,  ketika  kecepatan putar 1000 rpm maka frekuensi 50.8 Hz, tegangan sebesar 1.36 volt, arus sebesar 9.17 mA dan daya sebsesar 0.02 W

## Kata Kunci — Akrilik, Aluminium, Energi Listrik, Generator

## Abstract
Electrical energy is the main energy that people need at this time. Through the electricity program carried out by PLN, one of the programs  made  is  to  develop  plants  from  new  and  renewable energy (EBT) by utilizing various renewable energy sources. With regard to plants, generators are an important component that can convert mechanical energy into electrical energy. The selection of materials  as  the  constituent  framework  of  the  generator  is  very important because it determines the effectiveness when the engine is  operating.  The  impact  of  the  selection  of  materials  as  the constituent  framework  of  the  generator  will  affect  the  results  of the  generator  produced.  From the  test  results,  it  was  found  that acrylic  material  is  more  effective  for  generator  performance compared  to  aluminum  as  the  constituent  framework.  The resulting  output  values  such  as  frequency,  voltage,  current  and power  are  directly  proportional  to  the  rotational  speed  of  the rotor. As in the load condition, when the rotational speed is 1000 rpm, the frequency is 50.8 Hz, the voltage is 1.36 volts, the current is 9.17 mA and the power is 0.02 W
Keywords — Acrilic, Aluminium, Electrical Energy, Generator.

## I. PENDAHULUAN
Konsumsi  listrik  di  Indonesia  semakin  meningkat  seiring bertambahnya elektrifikasi serta perubahan gaya hidup manusia di  masyarakat.  Energi  listrik  menjadi  energi  utama  yang dibutuhkan masyarakat pada saat ini untuk menopang hampir semua  kegiatan  sehari-hari,  ekonomi  maupun  aktifitas manusia,maka dari itu diperlukannya penyediaan energi listrik dalam skala besar [1] .
Melalui proyek ketenagaanlistrikan PLN bersinergi dengan pemerintahan  melucurkan  beberapa  prorgram  salah  satunya, progam  yang  dibuat  melakukan  pengembanggan  pembangkit dari  energi  baru  terbarukan  (EBT)  dengan  memanfaatkan berbagai  sumber  energi  terbarukan  sepeerti  tenaga  air,  panas bumi,  matahari,  bayu,  biomassa  dan  lainnya.  Dimana  PLN berupaya mengoperasikan pembangkit berteknologi lebih maju yang lebih ramah linkungan [2] .
Berkenaan  dengan  pembangkit  maka  diperlukan mesin  listrik  yang  mampu  untuk  mengubah  energi  gerak menjadi  energi  listrik,  dalam  hal  ini  ialah  generator.  Dalam beberapa  tahun  terakhir  ini,  mesin  listrik  magnet  permanen telah  semakin  banyak  digunakan  dalam  berbagai  macam aplikasi.  Hal  ini  sangat  ditunjang  dengan  perkembangan teknologi  material  magnet  permanen  yang  semakin  baik. Generator magnet permanen fluks aksial (GMPFA) merupakan salah  satu  jenis  pengunaan  aplikasi  dari  mesin  listrik  magnet permanen  yang  dapat  membangkitkan  energi  lsitrik  dengan arah aliran fluks seacara aksial [3] .
Penelitian  sebelumnya  yang  dilakukan  oleh  Khursid  Hafiz dengan  Judul “Performance  Analysis  of  Aluminium  and Copper  Rotor  Induction  Generator  Considering  Skin  and Thermal  Effect” pada  tahun  2010.  Pada  penelitian  tersebut menggunakan generator induksi eksitansi sendiri (SEIG). Pada penelitian  menggunakan  mesin  induksi  tipe  industri  sangkar tupai dengan rotor aluminium dan tembaga. Pada dunia industri penggunaan  alumnium  lebih  terkenal  dikarenakan  harganya relatif  murah  aluminium  memiliki  tingkat  korosi  lebih  baik dibanding  tembaga.  Tetapi  tembaga  memiliki  tingkat keefektivan lebih baik ketika beroperasi [4] .
Penelitian  sebelumnya  yang  dilakukan  oleh  Yuni  Endah Lestari pada tahun 2020, dimana pada penelitiannya membahas penelitian ini menggunakan topologi axial flux tiga fasa dengan double rotor  dan  stator  tunggal.  Penelitian  tersebut menggunakan magnet ferit pada rotor denan jumlah 6 magnet yan  dimensi  15x3mm.  Dan  terdapat  9  kumparan  dengan  inti besi pada stator, yang masing-masin kumparan terdiri dari 300 lilitan. Pada penelitian ini kerangka penyusun yang digunakan yaitu akrilik [5] .
Pada penelitian ini berfokus pada analisis pengaruh kerangka penyusun menggunakan aluminium pada generator axial flux 3 fasa double rotor stator tunggal dengan kutub U-S magnet ferit. Pada  penelitian  ini  fokus  terhadap  pengaruh  aluminium terhadap keluaran generator sebagai material penyangga pada generator  baik  digunakan  pada  penampang  rotor  dan  stator. Dimana  pengggunaan  aluminium  terkenal  sebagai  material mesin induksi pada dunia industri terutama pada mesin induksi sangkar  tupai  dikarenakan  harga  aluminium  relatif  murah dibanding material lainnya. Dimana rancangan yang digunakan pada penelitian ini yaitu pada rotor menggunakan magnet ferit berdimensi  15x3mm  dengan  penampang  rotor  aluminium berdiameter 10 cm dan tebal aluminium 3mm. Begitu pula pada rancangan stator kumparan berjumlah 9 dengan masing-masing kumparan  300  lilitan  dan  penampang  yang  digunakan  pada stator yaitu aluminium dengan tebal 3mm dan luas 12 x12 cm. Penelitian yang akan dilakukan menggunakan  motor DC untuk memutar  rotor  yang  akan  dikopel  pada  generator.  Dan kumparan stator dihubungkan secara wye. Pada saat pengujian pada motor akan memutar generator kecepatan rotor 3400 rpm.

## II. M ETODE P ENELITIAN

## A. Perancangan Generator
Pada  perancangan  stator  sesuai  dengan  Tabel  1 spesifikasi  perancangan,  stator  yang  dirancang  memiliki penampang  berbentuk  persegi  dengan  panjang  12  cm dengan  lebar  12  cm.  Bahan  penampang  stator  juga menggunakan aluminium seperti pada rotor yang memiliki tebal 3 mm. Terdapat 9 lubang untuk meletakkan inti besi atau  untuk  kumparannya.  Dan  terdapat  lubang  untuk bearing di tengah yang menyesuaikan spesifik bearingnya yaitu Bearing 625 2RS. Jumlah kumparan yang digunakan sebanyak 9 kumparan. Setiap kumparan memilki 300 lilitan. Kawat  email  yang  digunakan  untuk  lilitan  berdiameter 0,4mm.  Dan  untuk  inti  besi  stator  sebesar  5  mm.  Untuk desain  2D  dan  3D  perancangan  tersebut  seperti  pada Gambar 3.5 Desain stator 2D dan Gambar 3.6 Desain stator 3D. Mengacu pada penelitian sebelumnya, target tengangan line  to  line  sebesar  4,89  Vac  dengan  frekuensi  170  Hz. Kemudian teruntuk air gap antara rotor dan stator sebesar 4mm.
TABEL I S PESIFIKASI P ERANCANGAN Parameter Simbol Nilai Jumlah Fasa 𝑁𝑝ℎ 3 fasa Densitas Fluks Magnet 𝐵 𝑚𝑎𝑔 0,095 T Dimensi Magnet 𝐷 15 mm 𝑙 𝑚 3 mm Aluminium Alloy 1100 𝑡 3 mm Diameter Rotor 𝐷 10 cm Jarak Antar Magnet 𝜏𝑓 2,5 cm Jumlah Magnet 6 buah Penampang Stator 𝑝 12 cm 𝑙 12 cm Ukuran Stator 𝑝 2 cm 𝑙 1 cm Jumlah Lilitan 𝑁 300 lilitan Panjang Kawat 𝑃 14 m Jumlah Kumparan 𝑁 𝑠 9 kumparan Inti Besi 𝑟 5 mm Diameter Kawat Email D 0,4 mm Lebar Celah Udara 𝛿 4 mm Resistansi Generator R 6,7 Ω Induktansi Generator L 0,00581 H

## B. Desain Generator
Untuk  desain  generator  meliputi  desain  rotor,  stator  dan desain keseluruhan generator .

## Terakreditasi Sinta 5
Gambar  1  merupakan  desain  rotor  yang  akan  digunakan dalam penelitian ini dengan rotor berjumlah 6. Pada Gambar 2 dapat  dilihat  susunan  rotor  yang  terdiri  dari  shaf,  jenis penampang yaitu alumunium dan rotor menggunakan magnet yang berjenis ferrite.
Pada  gambar  3  dan  4  merupakan  desain  stator  yang  akan digunakan  dengan  jarak  antar  lubang  sebesar  2.74cm  dan masing-masing  lubang  stator  berdiameter  6mm.  Lubang  shaf berukuran 16.9mm dengan jarak antara shaf dan stator sebesar 4cm.  rancangan  stator  juga  ditampilkan  dalam  bentuk  3D sehingga  dapat  dilihat  bentuk  yang  menyerupai  aslinya. gabungan  stator  dan  rotor  juga  memiliki  4  penyangga  yang digunakan  sebagai  penahan  motor  pada  media  yang  akan digunakan.
Gbr.2 Desain Rotor 3D
Gbr.3 Desain Stator 2D
Gbr.4 Desain Stator 3D
Gbr.5 Desain Generator Axial Flux Double Rotor 3D
Pada gambar 5 dapat dilihat susunannya yang terdiri dari 1. Penyangga
2. Penampang atas
3. as 4. Bearing 5. Rotor 1 6. Stator 7. Rotor 2
8. Penampang bawah

## C. Blok Diagram Sistem Kerja
Berdasarkan Gbr. 6 generator bekerja dengan sistem untuk prime over berfungsi untuk mengcopel generator menggunakan motor DC. Generator akan dijalankan oleh motor DC dan akan diuji dalam keadaan dengan rectifier dan tanpa rectifier.
Dan karakteristik keluaran yang akan diukur yaitu kecepatan putar  motor  diukur dengan  tachometer,  nilai  frekuensi diukur dengan  osiloskop,  nilai  tegangan  dan  arus  diukur  dengan multimeter digital.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
A. Pengujian Tanpa Beban Sebelum Rectifier Pengujian  Generator  Axial  Flux  Double  Rotor  Stator Tunggal  meliputi  pengujian  tanpa  beban  dan  berbeban  yang dilakukan secara langsunng pada alat Pengujian ini dilakukan dengan  memberikan  variasi  kecepatan  putar  generator  untuk melihat hasil output generator.
TABEL IIa PENGUJIAN TANPA BEBAN ecepata n putar Tegangan perhitunga n Tegangan pengukuran (V) Error percen Tegangan (%) Aluminiu m akrili k aluminiu m akrili k 1000 1.44 1.42 1,43 0.9 3.58 2000 2.87 2.32 2.80 19.1 2.57 3400 4.89 3.03 4.69 38.0 4.40

## TABEL IIa PENGUJIAN FREKUENSI TANPA BEBAN
Berdasarkan  Tabel  IIa  dan  IIb  menunjukkan  bahwa perbandingan  generator  penampang aluminium dan  akrilik dengan  parameter  kecepatan  putar  rotor.  Pada  pengujian  ini dikatakan  suatu  generator  bekerja  dengan  baik  ketika  nilai output sama  atau  mendekati  nilai  dari  perhitungan.  Sehingga dapat  dilihat  dari  data  pembanding  diatas  bahwa  generetaor dengan  penampang  akrilik  lebih  baik  daripada  penampang aluminium. Hal tersebut dikarenakan nilai output dari generator penampang akrilik stabil dan memiliki error persen yang kecil jika  dibandingkan  dengan  generator  penampang  aluminium. Tetapi  pada  generator  penampang  aluminium  ketika  pada
kecepatan putar rotor awal yaitu 1000 rpm hasil yang diperoleh memiliki  error  persen  yang  kecil  atau  mendekati  nilai perhitungan, kemudian ketika kecepatan putar rotor dipercepat hasil  tegangan output memiliki  nilai  error  persen  tinggi. Pengujian  ini  akan  dilakukan  perbandingan  antara  generator penampang  aluminium  dan  akrilik  ketika  keadaan  berbeban sebelum rectifier. Beban yang digunakan bernilai sama yaitu 51 ohm.

## B. Pengujian Generator Tanpa Beban Setelah Rectifier

## TABEL III

## HASIL PENGUJIAN TANPA BEBAN SETELAH RECTIFIER
Berdasarkan  Tabel  III  menunjukkan  bahwa  semakin  cepat kecepatan putar rotor maka tegangan yang dihasilkan semakin besar. Tetapi untuk perbandingan antara generator berpenampang  aluminium  dan  akrilik,  nilai  tegangan  output pada penampang akrilik lebih besar dibandingkan penampang aluminium.  Sehingga  generator  dengan  penampang  akrilik lebih  baik  dibandingkan  dengan  generator  berpenampang aluminium.
C. Pengujian Generator dengan Beban Sebelum Rectifier Pada  pengujian  ini  akan  dilakukan  perbandingan  antara generator  penampang  aluminium  dan  akrilik  ketika  keadaan berbeban  sebelum  rectifier.  Beban  yang  digunakan  bernilai sama yaitu 51 ohm

## TABEL IV

## HASIL PENGUJIAN GENERATOR DENGAN BEBAN SEBELUM RECTIFIER
Kecepatan putar (Rpm) Tegangan AC (V) Arus (mA) Daya output (W) Efisiensi (%) Al aklirik Al aklirik Al aklirik Al aklirik 1000 1.36 1.30 9.17 21.27 0.02 0.048 4.1 17.24 2000 2.02 2.51 24.05 40.56 0.08 0.176 7.6 27.06 2600 2.26 3.20 29.97 51.15 0.12 0.283 8.1 31.10
3400
2.46 4.07 34.93 64.00 0.15 0.451 7.9 35.06 Kecepatan putar Frekuensi (Hz) aluminium akrilik 1000 50.1 50 2000 99.2 100 3400 170 170
Kecepatan putar(Rpm) Tegangan DC (V) Error percen Tegangan DC(%) aluminium aklirik aluminium aklirik 2000 1.81 4.06 4.99 5,1 3000 3.64 5,36 6.78 4,79 3400 3.9 6.1 4.42 3,89

## Terakreditasi Sinta 5
Berdasarkan tabel IV menunjukkan hasil perbandingan data dari hasil generator dengan penampang aluminium dan akrilik pada  keadaan  berbeban  sebelum  rectifier.  Pada  data  tersebut dapat dilihat jika pada penampang aluminium dan akrilik hasil tegangan yang diperoleh semakin cepat kecepatan putar rotor maka  tegangan output semakin  besar  pula.  Tetapi untuk nilai output tegangan  pada  penampang  akrilik  lebih  baik dibandingkan penampang aluminium. Hal tersebut juga terjadi pada arus output yang diperoleh. Bahwa nilai arus ouput pada generator  penampang  akrilik  yang  dihasilkan  lebih  baik  atau lebih  besar  dibandingkan  dengan  generator  berpenampang aluminium. Dari nilai tegangan dan arus tersebut berpengaruh pada nilai daya output dan nilai efisiensi yang dihasilkan, hasil yang  diperoleh  lebih  besar  dan  lebih  efisien  pada  generator penampang  akrilik  dibanding  penampang  aluminium.  Dari pengujian ini dapat dilihat bahwa penampang akrilik lebih baik dibandingkan dengan penampang aluminium dilihat  dari nilai efisiensi, yang mana nilai efisien penampang akrilik 4 kali dari efisiensi  penampang  aluminium.  Hal  tersebut  dapat  terjadi dikarenakan  penggunaan  aluminum  disebagai  penampang dikarenakan bobot aluminum yang lebih berat dibanding akrilik, dimana berat rotor berpenampang aluminium seberat 0.253 Kg sedangkan penampang akrilik 0.11 Kg.
D. Pengujian Generator dengan Beban Setelah Rectifier
TABEL V H ASIL P ENGUJIAN G ENERATOR DENGAN B EBAN S ETELAH R ECTIFIER Kecepatan putar (Rpm) Tegangan DC (V) Arus (mA) Al aklirik Al aklirik 2000 1.38 0,62 8.17 11,73 3000 1.78 1,16 30.27 22,42 3400 1.91 2,5 33.03 49,55
Berdasarkan tabel V menunjukkan bahwa tegangan output pada penampang akrilik mengalami kenaikan secara signifikan dibandingkan  dengan  tegangan output pada  penampang aluminium.  Meskipun  pada  awal  kecapatn  putar  rotor  ketika 2000  rpm  nilai  tegangan  pada  penampang  alumnium  lebih besar. Dan pada penampang aluminum dengan bertambahnya kecepatan  putar  rotor  kenaikan  yang  terjadi  pada  tegangan output relative  mendekati  atau  stabil.  Begitu  pula  pada  nilai arus output dimana  pada  penampang  akrilik  nilai  arus  juga mengalami  kenaikan  secara  signifikan  dibandingkan  dengan penampang aluminium.
IV. KESIMPULAN (PENUTUP)
Pada  pengujian  generator axial  flux  double rotor  magnet ferrite dengan kerangka aluminium dengan keadaan berbeban ataupun  tanpa  beban  nilai  keluaran  yang  dihasilkan  seperti frekuensi,  tegangan,  arus  dan  daya  berbanding  lurus  dengan kecepatan  putar  rotor.  Seperti  pada  keadaan  berbeban,  ketika
kecepatan  putar  1000  rpm  maka  frekuensi  50.8  Hz,  tegangan sebesar 1.36 volt, arus sebesar 9.17 mA dan daya sebsesar 0.02 W.  Sedangkan  ketika  kecepatan  putar  rotor  3400  rpm  maka frekuensi 170 Hz, teganngan 2.53 volt, arus 34.93 mA dan daya 0.15 W. Nilai efisiensi yang dihasilkan kecil, hal tersebut dapat dipenagaruhi oleh rugi-rugi daya.
Perbandingan  antara  generator  penampang  aluminium  dan akrilik  diperoleh  bahwa  kerangka  akrilik  lebih  efektik  untuk unjuk  kerja  generator  dibandingkan  dengan  kerangka aluminium. Hal tersebut dikarenakan data hasil percobaan pada penampang  akrilik  lebih  baik  dan  stabil.  Sedangkan  pada kerangka  aluminium  data  pengujian  yang  diperoleh  tidak signifikan  seperti  kerangka  akrilik.  Hal  tersebut  dapat  terjadi dikarenakan aluminium merupakan bahan konduktor, sehingga demagnetisasi pada kerangka aluminium lebih besar dibanding akrilik.

## R EFERENSI
[1] S. M. Metev and V. P. Veiko, Laser Assisted Microtechnology , 2nd ed., R. M. Osgood, Jr., Ed.  Berlin, Germany: Springer-Verlag, 1998.
[2] J. Breckling, Ed., The Analysis of Directional Time Series: Applications to  Wind Speed and  Direction ,  ser.  Lecture  Notes  in  Statistics.   Berlin, Germany: Springer, 1989, vol. 61.
[3] S. Zhang, C. Zhu, J. K. O. Sin, and P. K. T. Mok, “A novel ultrathin elevated channel low-temperature poly-Si TFT,” IEEE Electron Device Lett. , vol. 20, pp. 569–571, Nov. 1999.
[4] Hafidz,  Khurshid.  (2010).  Performance  Analysis  of  Aluminum-  and Copper-Rotor  Induction  Generators  Considering  Skin  and  Thermal Effects. IEEE Transactions on Industrial Electronics
[5] Endah,  Yuni.(2020).  Rancang  Bangun  Generator  Axial Flux 3  Fasa Double Rotor  Dengan  Kutub  U-S  Menggunakan  Magnet Ferrite Permanen. Universitas Jember